JP3137421B2 - クリーニング装置 - Google Patents

クリーニング装置

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JP3137421B2
JP3137421B2 JP04105938A JP10593892A JP3137421B2 JP 3137421 B2 JP3137421 B2 JP 3137421B2 JP 04105938 A JP04105938 A JP 04105938A JP 10593892 A JP10593892 A JP 10593892A JP 3137421 B2 JP3137421 B2 JP 3137421B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】複写機、ファクシミリ、プリンタ
ー等の画像形成装置におけるクリーニング装置に係り、
詳しくは、有機感光体からなる潜像担持体の表面にクリ
ーニングブレードの先端稜線部を圧接させて、該潜像担
持体表面に残留するトナーを掻き落として除去するクリ
ーニング装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来この種のクリーニング装置として
は、潜像担持体表面に平行で且つ該表面の移動方向に直
行する軸に軸支されたブレード支持部材の先端から先端
部が所定量突き出すように取り付けられたクリーニング
ブレードを、該支持部材を介して加圧し、該先端部を該
表面に圧接させて、該表面に残留するトナーをクリーニ
ングブレード先端面(例えば、図1(a)中の先端面2
a)で堰き止めて掻き落として除去するものが知られて
いる(例えば、特開平2−156284号公報参照)。
そして、上記特開平2−156284号公報には、潜像
担持体表面の過度の摩耗、潜像担持体の駆動不良、クリ
ーニングブレード先端部の巻き込みによるクリーニング
不良等の不具合を防止するために、クリーニングブレー
ドの潜像担持体側の側面と先端部接触点における潜像担
持体表面の接線とのなす角である圧接角を9.5乃至1
4.5°に設定すると共に、潜像担持体表面へのクリー
ニングブレードの圧接力を0.1乃至10g/mmに設定
することが記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、潜像担持体
表面がクリーニングブレードに対して相対移動していな
い状態で、上記の圧接角等を設定しても、実際のクリー
ニング動作中には潜像担持体表面がクリーニングブレー
ドに対して相対移動することによる摩擦力で、クリーニ
ングブレード先端部が変形する。これにより、トナー除
去性能を大きく左右するクリーニングブレード先端面と
先端部接触点における潜像担持体表面の接線とのなす角
であるクリーニング角(例えば、図1(b)中の角度θ
1)も変化する。そして、この潜像担持体表面の移動前
後のクリーニングブレード先端部の変形度合いはクリー
ニングブレードのヤング率E、クリーニングブレードの
厚みt、支持部材からのクリーニングブレードの突き出
し量l等で左右される。従って、良好なクリーニング性
能を発揮させるためには、クリーニング動作中のクリー
ニング角が適切な角度になるように、クリーニングブレ
ードのヤング率E、該クリーニングブレードの厚みt、
支持部材からのクリーニングブレードの突き出し量l等
の条件を設定する必要がある。
【0004】本発明は以上の問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的とするところは、クリーニング動作中
に良好なクリーニング性能を発揮するクリーニング角を
得ることが出来るクリーニング装置を提供することであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1の発明は、潜像担持体表面に平行で且つ
該表面の移動方向に直行する軸に軸支されたブレード支
持部材に該支持部材の先端から先端部が所定量突き出す
るように取り付けられたクリーニングブレードを、該支
持部材を介して加圧し、該先端部を該表面に圧接させ
て、該表面に残留するトナーを掻き落として除去するク
リーニング装置において、該クリーニングブレードのヤ
ング率E、該クリーニングブレードの厚みt、該所定量
l、該支持部材を介しての加圧を解除して該先端部の稜
線部を該表面に接触させた場合に、該クリーニングブレ
ードの該表面側の面と、該稜線部接触点における該表面
の接線とのなす角度β0、該場合の該軸中心と該稜線部
接触点との距離M、及び、クリーニング動作時における
該クリーニングブレード幅方向単位長さ当たりの荷重N
を、、数1を満足するように設定し、かつ、現像剤が介
在しない状態で、上記潜像担持体表面と上記クリーニン
グブレードとの動摩擦係数が1.0以上であることを特
徴とするものである。
【0006】
【実施例】本発明を電子写真複写機のクリーニング装置
に適用した一実施例に付いて説明する。図1は本実施例
にかかるクリーニング装置のクリーニングブレード2の
配置を示す概略構成図であり、図1(a)はバネ等の付
勢手段で荷重を与えていない非加圧状態におけるクリー
ニングブレード2の配置を示すのであり、図1(b)は
該付勢手段で所定の荷重を与えてクリーニングブレード
2の先端稜線部を移動している感光体表面に当接させた
状態における配置を示すものである。この例では感光体
ドラム1が反時計回りに回転駆動されて複写動作が行わ
れる。この複写のために、感光体ドラム1の周囲には周
知の電子写真プロセスを実行する為の図示しない、帯電
器、原稿からの光を結像照射する光学系、現像器、転写
装置、分離装置等が配設されている。この例では感光体
ドラム1の軸に平行に配置されている支軸4に回動自在
に軸支されているホルダー支持部材3bとホルダー3a
とからなるブレード支持部材3によって、クリーニング
ブレード2が取り付けられている。このクリーニングブ
レード2は平板状であり、例えば、ポリウレタンゴム等
の弾性材料で構成することが出来る。このホルダー3a
の先端から所定の突き出し量lだけ突き出したクリーニ
ングブレード2の先端部の感光体表面側の先端稜線部
(角度は90°)を、感光体表面に当接させて、先端面
2aで感光体表面上の残留トナーを堰き止めて掻き落と
して除去する。そして、図1(a)の非加圧状態では上
記先端稜線部が感光体表面から離れてしまって、残留ト
ナーを除去することが出来ないので、上記付勢手段でブ
レード支持部材3を支軸4の回りで時計回りに回転さ
せ、これにより、回転している感光体ドラム表面に圧接
させ、図1(b)に示すような加圧状態にしてクリーニ
ング動作を行う。この加圧状態では、図1(b)に示す
ようにクリーニングブレード先端部が変形してクリーニ
ング角も非加圧状態におけるθ0からクリーニング動作
時におけるθ1に変化する。
【0007】本発明は、クリーニング動作中のクリーニ
ング角θ1自体を測定することは困難であるが、このク
リーニング角θ1を決定する特性値である、クリーニン
グブレード2のヤング率E、クリーニングブレード2の
厚みt、ホルダー3aからのクリーニングブレード2の
突き出し量l、該ホルダー3aを介しての加圧を解除し
て先端稜線部を感光体表面に接触させた場合に、該クリ
ーニングブレード2の該表面側の面と該先端稜線部接触
点における該表面の接線とのなす角である初期接触角β
0、該場合の支軸4中心と該稜線部接触点との距離M、
該場合の該クリーニングブレード2の該表面側の面と、
上記支軸4中心と上記稜線部接触点とを結ぶ直線とのな
す角である支持角α、及び、クリーニング動作時におけ
る該クリーニングブレード幅方向単位長さ当たりの荷重
である法線力Nを、後述するように種々変化させてクリ
ーニング性能を評価したところ、良好なクリーニング性
能を得られる場合には、クリーニングブレード2のヤン
グ率E、クリーニングブレード2の厚みt、ホルダー3
aからのクリーニングブレード2の突き出し量l等が一
定の関係を満足しているという発見に基づいてなされた
ものである。この一定の関係とは、式1に示す様にクリ
ーニングブレード2のヤング率E、クリーニングブレー
ド2の厚みt、ホルダー3aからのクリーニングブレー
ド2の突き出し量l等から成り、且つ、角度のデメンジ
ョンを持つ関数θが所定の範囲内の大きさになるという
ものである。
【式1】 この関数θは、クリーニング動作中のクリーニング角θ
1が90°である場合に、クリーニング角θ1をクリーニ
ングブレード2のヤング率E、クリーニングブレード2
の厚みt、ホルダー3aからのクリーニングブレード2
の突き出し量l等で表わす近似式になっている。
【0008】ここで、式1の導入過程について説明す
る。 (1)クリーニング動作時のクリーニングブレード2に
は図1(b)に示すように、これを撓ませる力Pが作用
している。この力Pは、一般に、 P=N・Sinθ1−F・Cosθ1 と表わされるので、θ1が90°の場合、P=Nと成
る。 (2)クリーニング先端部の撓みは、片持梁の自由端に
集中荷重を受けた場合の撓みに相当するので、クリーニ
ングブレード先端部の撓み量△yは、 △y=(P×L)・l3/3EI =4Nl3/Et3 {mm} (∵P=N、断面二次モ
ーメントI=1/12・Lt3(∵各々のディメンジョンはN{g/mm}、l{mm}、
E{Kg/mm2}、t{mm3})となる。 (3)ホルダー3aを介してクリーニングブレード先端
部を、回転している感光体1表面に当接させると、ブレ
ード支持部材3が支軸4を中心に時計回りに回転し、先
端稜線部が感光体1に当接してクリーニングブレード先
端部が撓む。これにより、クリーニングブレード2の感
光体1側の側面と接触点における感光体表面の接線との
なす角である接触角は、圧解除状態(図1(a)の状
態)における初期接触角β0から、図1(b)に示すよ
うに動作時接触角β1に変化する。このクリーニングブ
レード先端部の△yの撓みによって、ブレード屈曲点が
点Aから点Bまで移動する。この屈曲点の移動量は、 (屈曲点の移動量)≒△y×(M−l)/M である。接触点からみると、この屈曲点の移動量だけ接
触角が変化し、この変化量△βは、 ある。従って、動作時接触角β1は、式2のようにな
る。
【式2】 (4)クリーニング先端部の撓みが、上記のように片持
梁の自由端に集中荷重を受けた場合の撓みに相当するの
で、クリーニングブレード先端部の撓み角△θは、 △θ=(N×L)l2/2EI =6Nl2/Et3 (∵I=1/12・Lt3) であり、単位系を統一して式3のようになる。
【式3】△θ=1.08Nl2/(Et3・π) {°} (5)動作時のクリーニング角θ1は図1(b)から明
らかなように、 θ1=90−β1+△θ と表わされるので、この式に式2及び式3を代入して上
記式1を得ることが出来る。
【0009】次に、管理可能である上記の各特性値を種
々変化させて行ったクリーニング性能の評価について説
明する。この評価は、クリーニングブレード2のヤング
率Eを0.6乃至1.2Kg/mm2、クリーニングブレー
ド2の厚みtを2mmと3mm、クリーニングブレード2の
突き出し量lを10乃至15mm、初期接触角β0を15
乃至25°、支持角αを10乃至35°、法線力Nを
0.7乃至3.2g/mm(クリーニングブレード2と感
光体表面との動摩擦係数μが0.8と1.2との2つの
場合に評価)に、それぞれ変化させてクリーニングブレ
ード通過後の感光体表面の残留トナー量を測定すること
によって行ったものである。なお、上記の動摩擦係数の
値(0.8と1.2)は、クリーニング性能を評価する
ために実際にトナーが付着した感光体をクリーニングし
ている状態、すなわち、感光体表面とクリーニングブレ
ード2との間にトナーを介在させたときのときのもので
あり、これとは異なり感光体表面とクリーニングブレー
ド2との間にトナーを介在させないときの動摩擦係数の
値はこれより大きく、それぞれ1.2、1.7であっ
た。また、以上の評価は感光体表面を、互いに異なる4
つの線速(300、400、500mm/sec)で移動さ
せる場合のそれぞれについて行った。
【0010】図2は、上記測定の結果を示すグラフであ
り、縦軸にクリーニングブレード2通過後の感光体表面
の残留トナー量(ブレード通過トナー量)、横軸に上記
関数θの値を取って、ブレード通過トナー量の分布を示
したものである。図中、ラインaが分布の下限を示し、
ラインbが分布の上限を示す。そして、画像上に汚れと
して現われるブレード通過トナー量の下限ラインを破線
で示している。図2において、関数θの値が、78°≦
θ<90°の範囲内である場合には、ブレード通過トナ
ー量はゼロ乃至非常に少量で、画像品質に影響を与え
ず、良好なクリーニング性能を発揮できることが判かっ
た。即ち、関数θの値が90°を超えると、図4(a)
に示すような、所謂腹当たりの状態になり(θが90°
のときクリーニング角θ1はほぼ90°)、クリーニン
グブレード先端稜線部が感光体表面から浮き上がって、
大量のトナーが通過して急激にクリーニング性能が悪化
している。又、関数θの値が78°未満の場合には、ト
ナー通過量が比較的多量になり、画像上に汚れとして現
われるようになる。特に、法線力Nが比較的小さかった
り、厚みtが大きい場合等にクリーニングブレード2の
振動が激しくなって通過トナー量が増大してしまった
り、法線力Nが大きい場合にクリーニングブレード先端
部を感光体に強い力で押し付ける為に感光体層を破壊し
たり、又はクリーニングブレード先端稜線部が破壊され
ることによる通過トナー量の増大が発生したりする。更
に、法線力Nが大きく且つヤング率E及び厚みtが小さ
い場合に、図4(b)に示すようなクリーニングブレー
ド先端部の巻き込みが発生して通過トナー量が増大する
等の不具合が発生した。
【0011】以上のように、関数θの値が、78°≦θ
<90°の範囲内である場合には、ブレード通過トナー
量はゼロ乃至非常に少量で、画像品質に影響を与えず、
良好なクリーニング性能を発揮できるのであるが、特
に、上記支持角αが25°以下の場合に通過トナー量が
比較的少量になり(図2中の下限ラインaに近づく)、
クリーニングブレード2の厚みtや突き出し量l等の加
工、組付け時のバラツキに関する余裕度を大きくするこ
とが出来ることも判かった。これは感光体を回転させて
行うクリーニング動作時にはクリーニングブレード先端
稜線部と感光体表面との摩擦力F(μN)でリーディン
グ機構の倍力作用が発揮され、クリーニングブレード先
端稜線部のバネ荷重(以下、動作時バネ荷重という)W
が感光体非回転時のバネ荷重(以下、初期バネ荷重とい
う)W0よりも大きくなり、この感光体非回転状態から
感光体回転状態に移行するときのバネ荷重の変動がクリ
ーニングブレード2の振動や先端部の巻き込みを発生さ
せる恐れがあるが、支持角αが25°以下の場合には、
このバネ荷重の変動を比較的小さく出来ることによる。
即ち、図3に示すように、付勢手段であるバネでブレー
ド支持部材3を支軸4の回りで時計方向に回動させ、ク
リーニングブレード先端稜線部を非回転状態の感光体表
面に圧接させている状態では、支軸4中心と接触点を結
ぶ直線に直角な方向に初期バネ荷重W0が作用してい
る。図中、N0は初期法線力、R0は初期抗力を示す。こ
の状態から感光体が回転してクリーニング状態になると
図1(b)に示すようにクリーニングブレード先端稜線
部と感光体表面との摩擦力F(μR=μN)により支軸
4の回りの回転モーメントが生じて動作時バネ荷重W
は、この回転モーメントの分大きくなり、 W=W0(1+μSinα・Cosα) (∵F=μ・Cosα) となる。これがリーディング機構の倍力作用であり、
(1+μSinα・Cosα)が倍力係数である。この式によ
る計算上の倍力係数の値と実測による倍率係数の値とを
比較すると、表1、表2の様に両者の値がよく一致して
いることからも、このような倍力作用が生じていること
が確認出来た。ここで、表1は支持角αが11°のとき
に、動摩擦係数μが0.8と1.2の場合についての測
定値と計算値を示したものであり、表2は支持角αが2
5°のときに、同様の測定値と計算値を示したものであ
る。
【表1】
【表2】 そして、上記の倍力作用の式からも明らかなように支
持角αが大きいほど倍力作用が大きいので、支持角αが
大きいほどクリーニングブレード2の振動等が発生しや
すく、又、振動等の不具合が大きくなると感光体やクリ
ーニングブレード先端稜線部の破損につながることもあ
る。実験の結果でも、支持角αが大きいほどクリーニン
グブレード2の振動等によってブレード通過トナー量が
図2中の上限ラインbに近づく傾向があることが確認出
来た。そして、支持角αが0°より大きく且つ25°以
下の範囲内であれば、上記のようにクリーニングブレー
ド2の振動等によるブレード通過トナー量を比較的少量
に押さえることが出来た。
【0012】又、関数θの値が、78°≦θ<90°の
範囲内である場合でも、特に、法線力Nが0.3乃至3
g/mmの範囲内の場合に通過トナー量が比較的少量にな
り(図2中の下限ラインaに近づく)、クリーニングブ
レード2の厚みtや突き出し量l等の加工、組付け時の
バラツキに関する余裕度を大きくすることが出来ること
も判かった。法線力Nが0.3g/mm以下の場合には感
光体とクリーニングブレード2との接触がクリーニング
ブレード先端稜線部の長手方向で不安定になって、局部
的に比較的広い帯状のクリーニング不良が発生したり、
クリーニングブレード先端部のバタツキが発生した。一
方、法線力Nが3g/mmより大きい場合には、クリーニ
ングブレード先端稜線部や感光体に傷等が発生した。
【0013】又、関数θの値が、78°≦θ<90°の
範囲内である場合でも、特に、クリーニングブレード2
の材料として硬度が60乃至80°の範囲内のものを用
いた場合に通過トナー量が比較的少量になり(図2中の
下限ラインaに近づく)、クリーニングブレード2の厚
みtや突き出し量l等の加工、組付け時のバラツキに関
する余裕度を大きくすることが出来ることも判かった。
上記硬度が80°よりも大きいものを用いた場合には、
感光体とクリーニングブレード先端稜線部の長手方向の
接触が細かいピッチで不安定となり、ブレード通過トナ
ー量が図2中の上限ラインbに近いものになり、比較的
細い多数の黒帯が画像上に発生した。
【0014】なお、クリーニングブレード2で除去しよ
うとする感光体上のトナーは静電気力で感光体表面に付
着しており、感光体表面の線速が速いほど、クリーニン
グブレード2と感光体表面との間を通り抜けやすく、ト
ナー除去性が低下する。そこで、感光体表面の線速を、
200mm/secにして、前述と同様のクリーニング性の
評価を行ったところ、前述の感光体表面の線速が300
mm以上である場合とは異なるブレード通過トナー量の
分布が得られた。すなわち、図2に上限ラインc及び下
限ラインdを一点鎖線で示すように、この場合のブレー
ド通過トナー量は、上記関数θの値が80°よりも大き
いときに前述の感光体表面の線速が300mm/sec以上
である場合よりも少なめであった。そして、図中に破線
で示す画像上に汚れとして現われるブレード通過トナー
量の下限ラインとの比較からも判るように、関数θの値
が、70°≦θ<90°の範囲内であれば、ブレード通
過トナー量が比較的少量で、画像品質に影響を与えな
い。しかし、クリーニング性能の余裕度を更に大きくし
たり、感光体ドラム表面の線速を300mm/sec以上に
するためには、前述のように関数θの値が、78°≦θ
<90°の範囲内になる必要がある。
【0015】また、クリーニングブレード2と感光体表
面の動摩擦係数μが大きいほど、感光体表面に当接して
いるクリーニングブレード2の先端部に作用する摩擦力
が大きく、このため、該先端部と感光体表面との当接状
態が不安定になり、また、感光体表面のトナー搬送力が
増大して、クリーニングブレード2で除去しにくくな
る。そこで、この動摩擦係数がクリーニングブレード2
と感光体表面との間にトナーが介在しない状態のときに
0.9、トナーが介在する状態で0.7となる、アモル
ファスシリコン(α−Si)感光体を用いて、前述と同
様のクリーニング性の評価を行ったところ、上記の感光
体表面の線速が200mm/sec以上である場合の評価結
果と同様に、図2に上限ラインc及び下限ラインdを一
点鎖線で示すように、上記関数θの値が80°よりも大
きいときのブレード通過トナー量が少なめになる分布が
得られた。そして、この場合にも、図中に破線で示す画
像上に汚れとして現われるブレード通過トナー量の下限
ラインとの比較からも判るように、関数θの値が、70
°≦θ<90°の範囲内であれば、ブレード通過トナー
量が比較的少量で、画像品質に影響を与えない。しか
し、クリーニング性能の余裕度を更に大きくしたり、ク
リーニングブレード2と感光体表面との間にトナーが介
在しない状態での上記動摩擦係数μが1.0以上である
場合には、前述のように関数θの値が、78°≦θ<9
0°の範囲内になる必要がある。
【0016】
【発明の作用、効果】請求項1の発明によれば、クリー
ニングブレードのヤング率E、該クリーニングブレード
の厚みt、該所定量l、クリーニングブレードの支持部
材を介しての加圧を解除して該先端部の稜線部を該表面
に接触させた場合に、該クリーニングブレードの該表面
側の面と、該稜線部接触点における該表面の接線とのな
す角度β0、該場合の該軸中心と該稜線部接触点との距
離M、及び、クリーニング動作時における該クリーニン
グブレード幅方向単位長さ当たりの荷重Nを、所定の関
係を満足するように設定するので、クリーニング動作中
のクリーニング角をクリーニング性能を良好に発揮でき
る角度にして、画像上のクリーニング不良による汚れを
防止できると共に、クリーニングブレードの潜像担持表
面への腹当たりや巻き込みを防止することも出来る。更
、上記潜像担持体表面と上記クリーニングブレードと
の動摩擦係数が1.0以上である場合にも、クリーニン
グブレードのヤング率E、該クリーニングブレードの厚
みtなど、所定の関係を満足するように設定するので、
クリーニング動作中のクリーニング角をクリーニング性
能を良好に発揮できる角度にして、画像上のクリーニン
グ不良による汚れを防止できると共に、クリーニングブ
レードの潜像担持表面への腹当たりや巻き込みを防止す
ることも出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は実施例に係るクリーニング装置のクリ
ーニングブレード2の非加圧状態におけるクリーニング
ブレード2の配置を示す概略構成図、(b)は同クリー
ニングブレード2のクリーニング動作中の状態を示す概
略構成図。
【図2】図1のクリーニング装置のクリーニング性能を
示すグラフ。
【図3】図1のクリーニングブレード2の感光体非回転
状態で加圧した状態を示す説明図。
【図4】(a)はクリーニングブレードの粗当たり状態
を示す説明図、(b)はクリーニングブレードの巻き込
み状態を示す説明図。
【符号の説明】
1 感光体 , 2 ク
リーニングブレード 2a 先端面 , 3 ブ
レード支持部材 3a ホルダー , 3b ホ
ルダー支持部材 4 支軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−156284(JP,A) 特開 昭60−69679(JP,A) 特開 昭57−29072(JP,A) 特開 平3−20768(JP,A) 特開 昭62−11719(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 21/10 - 21/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】潜像担持体表面に平行で且つ該表面の移動
    方向に直行する軸に軸支されたブレード支持部材に該支
    持部材の先端から先端部が所定量突き出するように取り
    付けられたクリーニングブレードを、該支持部材を介し
    て加圧し、該先端部を該表面に圧接させて、該表面に残
    留するトナーを掻き落として除去するクリーニング装置
    において、 該クリーニングブレードのヤング率E、該クリーニング
    ブレードの厚みt、該所定量l、該支持部材を介しての
    加圧を解除して該先端部の稜線部を該表面に接触させた
    場合に、該クリーニングブレードの該表面側の面と、該
    稜線部接触点における該表面の接線とのなす角度β0、
    該場合の該軸中心と該稜線部接触点との距離M、及び、
    クリーニング動作時における該クリーニングブレード幅
    方向単位長さ当たりの荷重Nを、数1を満足するように
    設定し かつ、現像剤が介在しない状態で、上記潜像担持体表面
    と上記クリーニングブレードとの動摩擦係数が1.0以
    上である ことを特徴とするクリーニング装置。 【数1】
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